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Nikkei X-TECH_2021.6.1

신체 내장형 디바이스에 각광
생체정보와 전기자극으로 정밀한 치료 실현

‘약이 필요 없는 세상을 지향한다’. 아스텔라스 제약은 21년 3월에 개최한 미디어세미나 ‘Astellas Rx+ Day’에서 자사가 개발 중인 ‘체내 내장형 디바이스’의 향후 역할에 대해 이렇게 정의했다.

체내 내장형 디바이스라는 것은 치료 등을 위해 체내에 내장하는 디바이스로, 일렉트로닉스 기술을 활용해서 생체정보를 측정하거나 신경을 자극하는 기능을 갖추고 있다. 세계에서 연구개발이 활발히 진행되고 있으며, 약을 본업으로 하는 아스텔라스 제약도 의료기기로서의 실용화를 전망하며 참여했다. 20년 10월에는 소형의 체내 내장형 디바이스 기술을 보유한 미국 iota Biosciences를 인수했다. 소형 디바이스를 활용해서 생체정보 취득과 국소에 전기자극을 보내 치료함으로써 우선은 약으로는 해결하기 어려운 질환의 치료법 개발을 목표한다.

일렉트로닉스 기술을 활용하는 체내 내장형 디바이스에는 몇 개의 종류가 있다. (1) 개인 특정을 위해 식별 ID를 내장한 디바이스, (2) 생체정보를 계측하는 센서를 내장한 디바이스, (3) 신경계에 전기자극을 줘서 근육이나 장기 기능을 제어하는 디바이스다.

현재는 (1), (2), (3)이 별개의 디바이스로서 실용화된 케이스가 많다. 그러나 앞으로 체내 내장형 디바이스 기술이 발전하면, 예를 들면 (2) 다양한 생체정보를 계측한 결과에 따라서 (3) 신경에 전기자극을 줌으로써 장기의 활동이나 근육의 움직임 등을 정밀하게 제어하는 것을 기대할 수 있다. (1)의 기능을 사용해서 얻은 정보를 관리하거나 열람하는 것도 가능할 것이다. 기능을 복합한 체내 내장형 디바이스는 증상의 컨트롤이나 질환의 조기 발견, 정밀한 치료, 재활운동으로 이어질 가능성이 있다.

-- 소형 칩을 주사로 손등에 내장 --
체내 내장형 디바이스 중 (1) 개인 특정을 위해 식별 ID를 내장한 디바이스는 이미 유럽과 미국 등에서 자동차 열쇠나 열차 티켓 등을 대신해서 일부 이용되고 있다. 의료∙간호 분야에서는 장기적으로 전자 약 수첩 등의 의료정보를 열람할 때 본인 인증에 이용하거나 의식불명으로 구급 수송된 환자나 치매 환자의 신변 특정에 응용하는 것을 상정할 수 있다.

식별 ID 내장 디바이스를 전개하는 기업의 하나가 스웨덴의 바이오핵스(Biohax International)다. 2mm×12mm 정도의 소형 칩을 주사로 손등에 내장해서 이용한다. 소형 칩은 근거리 무선통신 규격의 하나인 NFC(Near Field Communication) 기술을 이용하고 있으며, 일반적인 NFC 리더기나 대응 디바이스와의 연계가 가능하다.

카드 리더기에 칩을 내장한 손등을 갖다 대기만 하면 오피스나 자동차 등을 잠그거나 열 수 있다. 그 외에도 NFC 대응 스마트폰과 연계함으로써 칩 내의 식별 ID와 연결된 이용자의 개인정보 등을 참조할 수 있다. 소형 칩은 식별 ID 정보를 보존하고 있기 때문에 정보 열람을 위한 열쇠로서 이용할 수 있는 것이다.

바이오핵스와 업무 제휴를 맺고, 일본에서의 내장형 칩 실용화를 목표하고 있는 Medihome(도쿄)의 대표이사인 시오자와(塩澤) 씨는 “현재 스웨덴에서는 6,000명 정도가 소형 칩을 내장하고 있다”라고 말한다. Medihome은 앞으로 식별 ID와 연결되는 정보를 관리하는 앱을 구축하고, 협업처를 모집해 서비스를 제공할 방침이다. 2년 이내에 서비스 개시를 목표하고 있다. 또한 Medihome은 소형 칩의 개량을 검토하고 있다. 칩을 사용해 혈당치 등 생체정보를 모니터링하는 것도 시야에 넣고 있다.

-- 콘택트렌즈로 안압의 변동을 검출 --
(2)의 생체정보를 계측하는 디바이스로는 체내 내장형 글루코스 측정장치나 센서가 내장된 콘택트렌즈 등이 있다. 이 중에 장착 허들이 낮고, 많은 사람이 쉽게 이용할 수 있는 것은 콘택트렌즈일 것이다. 일본에서 처음으로 실용화된 제품은 18년에 SEED가 판매를 시작한 센서 내장 의료용 스마트 콘택트렌즈 ‘Trigger Fish System’이다. 센서 내장 콘택트렌즈가 안압 변동의 피크 패턴을 검출한다.

통상 안압은 안과에 설치된 장치로 측정한다. 그 때문에 진찰 시에 안압이 정상이더라도 야간에 안압이 상승해서 녹내장 등의 병이 진행되는 환자를 특정하기 어렵다. 그러나 Trigger Fish System은 자고 있는 동안의 안압 변동도 검출할 수 있기 때문에 안과의가 하루의 안압 변동의 피크를 파악하는 데 도움이 된다. 수면할 때 이외에도 안과의가 환자의 안압이 상승하는 타이밍을 파악할 수 있다면 안압을 낮추는 약을 투여하는 적절한 타이밍을 결정하기 쉬워진다.

콘택트렌즈로 안압의 변동을 검출하는 구조는 이렇다. 렌즈에는 안압 변동으로 유발되는 각막의 변형을 전기신호로서 검출하는 센서가 내장되어 있다. 렌즈에 탑재한 특정 용도용 집적회로(ASIC)가 검출한 전기신호를 전압으로 변환. 전압 데이터는 렌즈를 장착한 눈 주위에 붙인 안테나를 통해 리코더에 기록된다. 한편 안테나를 활용해서 ASIC에 무선 급전도 실시하고 있다. 5분 간격으로 30초간의 무선 급전, 측정, 외부로 데이터 송신을 반복함으로써 연속적인 센싱을 실시한다.

앞으로 스마트 콘택트렌즈의 보급을 위한 과제 중 하나가 개발비다. SEED 디바이스기술부의 기노시타(木下) 부장은 “ASIC를 탑재한 콘택트렌즈 개발에는 일반적으로 수십억 엔의 개발비가 든다”라고 말한다. 취득하는 데이터나 용도 별로 전용 스마트 콘택트렌즈를 개발하는 것이 아니라 범용성이 높은 공통 기반을 베이스로 개발하는 것이 현실적이라고 기노시타 부장은 말한다.

Trigger Fish System의 기술을 개발한 것은 스위스의 Sensimed다. SEED는 현재, 범용성이 높은 스마트 콘택트렌즈의 공통 기반을 구축하기 위해 일렉트로닉스 기업과 컨소시엄을 만들어 개발에 착수하고 있다. 안압뿐 아니라 당뇨병 혈당치 모니터링 등 생활습관병에 관한 생체정보 취득이나 VR(가상현실)/AR(증강현실) 기술을 조합한 시각 확장 기술에도 응용할 수 있는 가능성이 있다고 한다.

-- 데이터 측정과 자극을 하나의 디바이스로 실시 --
아스텔라스 제약이 인수한 iota Biosciences의 소형 디바이스는 (2)의 생체정보 계측과, (3)의 전기자극을 주는 2개의 기능을 갖추고 있다. iota Biosciences가 개발 중인 디바이스는 약 10㎣의 극소 사이즈로, 정보를 취득하거나 자극을 주고 싶은 장소에 수술로 내장해서 이용한다. 전기자극으로 움직임이 나빠진 조직을 움직이게 하거나, 역으로 과잉 활성 상태를 억제해서 치료로 연결시킨다.

체외로부터 초음파로 전력을 공급하기 때문에 배터리를 탑재할 필요가 없다. 현재는 동물용 디바이스로 연구를 진행하고 있으며, 수년 후에 임상시험을 개시할 계획이다. 의료기기 승인을 얻어 실용화를 추진한다.

체내에 내장해 전기자극을 주는 의료기기는 이미 일본에서 승인을 받아 실용화된 것이 있다. 예를 들면 뼈에 전극을 내장해 배설 기능을 억제해서 빈뇨 등을 제어하는 디바이스, 뇌에 전극을 내장해 파킨슨병 증상을 경감하는 디바이스 등이다.

그러나 iota Biosciences 정도로 소형의 디바이스는 실용화되지 않았다. 내장형 신경자극 디바이스 시장은 연 12.5%의 성장률을 보인다는 보고도 있다. 아스텔라스 제약은 그러한 시장에 소형화를 하나의 키워드로 해서 신규 진입을 하려는 것이다.

소형화를 통해 신체에 내장하는 디바이스의 침습성을 줄일 수 있다면 디바이스의 응용 범위는 치료 이외로도 확대된다. 아스텔라스 제약은 개발 중인 디바이스를, 체내 국소의 pH나 온도 등을 계측하는 센서로서 이용하는 것도 검토하고 있다.

지금까지 취득하기 어려웠던 체내 깊은 곳의 데이터를 높은 정밀도로 취득할 수 있다면 환자의 모니터링에 이용할 수 있을 가능성이 있다고 한다. 장기적으로는 디바이스가 생체정보를 계측하고, 결과에 따라서 자동으로 자극하는 시스템을 목표한다.

 -- 끝 --

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